燃烧系统中拍振产生机理及其抑制方法研究结题摘要

燃烧振荡是发展干式低污染燃气轮机燃烧室难以回避的问题之一。燃烧振荡过程中会形成剧烈的压力脉动和火焰不稳定现象，严重危害燃气轮机的安全稳定运行。这种振荡现象是热声耦合导致的燃烧系统固有的不稳定性，也称为热声不稳定。本文针对一类特殊的热声不稳定现象——拍振开展实验研究与理论分析，并对燃烧系统中的拍振进行主动控制研究。本项目系统地对黎开管燃烧器和工业模型燃烧室开展实验研究与理论分析。通过拍振条件下的火焰动力学分析，认为低频的火焰脉动过程是导致拍振的幅值调制现象的主要原因，而这种低频火焰脉动与层流火焰固有的扩散-热不稳定性有关。考虑不同时间尺度上的火焰动力学特性，建立了能够预测拍振的热声耦合模型，利用此模型可以对拍振现象的发生规律与时变特性进行预测与分析。通过黎开管燃烧器主动控制的数值仿真与实验研究，比较了不同控制算法的控制效果。旋流预混燃烧室中的实验研究表明，湍流条件下的拍振现象其基本特征与层流燃烧器中类似，但是其拍振特征随工况条件的变化较明显。针对旋流预混燃烧室中的主动控制，提出了一种通过实验测量建立热声耦合系统的非线性模型的方法，并对旋流预混燃烧室中燃烧振荡的主动控制进行了实验研究。 2100433B

燃烧系统中的拍振是一类由非线性热声耦合导致的燃烧振荡现象，其区别于一般谐波振荡的特点在于：振荡幅值会自发的、有规律的周期性变化。这类现象的发生可能与流动导致的声学边界特性改变、火焰与稳焰结构之间的非稳态传热过程、由流动或扩散过程引起的火焰自身脉动等过程有关，但目前对此还缺乏相关实验研究与理论分析，对这些过程在热声系统中的作用机理也不明确。本项目将从热声耦合系统和火焰动力学两个层面，研究上述过程与压力脉动、放热率脉动的耦合机制，建立可预测拍振的非线性动力学模型，并据此分析目前困扰研究者的燃烧振荡亚临界不稳定现象；同时进一步发展燃烧振荡控制理论以抑制拍振现象。研究结果不仅有助于拓展对于燃烧振荡现象中非线性现象的认识，也将有助于在工业应用中拓宽稳定燃烧工况边界，实现对燃烧振荡现象的有效预警和控制，为发展应用于大型动力与推进系统中的清洁高效安全的燃烧技术提供条件。

在大功率永磁电机和高速永磁电机的实际应用中，以及中小功率永磁交流伺服电机在一些高端领域的应用中，永磁电机的噪音和振动的问题（NVH）已经引起了国内外的关注。本项目主要研究各种拓扑结构的无刷直流电机和永磁交流伺服电机的电磁噪音和振动问题，以及噪音振动的动态抑制技术。在电机设计和控制的层面上，研究永磁电机的电磁噪音和振动的产生机理，计算方法，和噪音振动的电机优化技术和动态抑制技术。对这一基础问题的研究，将进一步完善永磁电机的设计技术和分析手段，促进无刷直流电机和交流伺服电机在航空航天，舰船推动和伺服驱动等高端领域的应用。主要研究内容包括：永磁电机电磁噪音和振动的分析和计算方法的研究；永磁电机电磁噪音振动的动态抑制技术研究；各类拓扑结构的永磁电机的噪音振动特性和优化技术的研究；各种齿槽配合的噪音振动特性的研究；永磁电机在各种运行模式下的噪音振动特性和抑制技术的研究。 2100433B

超轻有序多孔结构在高速列车、航空航天、船舶、机械等工程领域具有广泛而重要的应用，是诸多领域的研究热点和重要前沿。研究超轻有序多孔结构的振动、噪声及其控制，对其工程应用至关重要。然而，与传统工程结构相比，超轻多孔结构的构型更趋复杂化和多样化，对其振动、噪声与控制的研究面临新的挑战，是一个亟待解决的重要课题。本项目针对超轻有序多孔结构在车辆、飞行器、舰船等典型装备的应用背景，围绕其声振特性分析及其低频减振降噪问题，重点开展了这四个方面的工作：(1) 超轻有序多孔结构的声振特性建模研究；(2)超轻有序多孔结构的振动噪声特性分析研究；(3)超轻有序多孔结构的减振降噪设计研究；(4) 超轻有序多孔结构的减振降噪实验研究。取得的主要创新成果包括： (1) 运用波有限元法建立了典型一维、二维超轻有序多孔结构的波传播与强迫振动分析模型；(2)基于局域共振带隙原理，提出了超轻有序多孔结构低频减振降噪设计的新方法；(3) 深入揭示了局域共振型周期杆、梁、板结构中的弹性波带隙调控规律和机理，为超轻有序多孔结构的减振降噪设计奠定了基础理论。总之，本项目的研究成果将有助于认识和改进超轻有序多孔结构的声振特性，对其工程应用有重要参考价值。 2100433B